白油中高成胶率有机土HMC－4的研究

舒福昌 （长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州434023）

向兴金，史茂勇，石磊，罗刚 （荆州市汉科新技术研究所，湖北荆州434000）

蒋世全，许亮斌，罗洪斌 （中海油研究总院，北京100027）

油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液，主要有2种类型——油包水乳化钻井液和全油基钻井液。在油包水钻井液中，水作为必要组分均匀地分散在油中，其含水体积分数为10%～60%。而在全油基钻井液中，其含水体积分数一般不超过10%［1］。有机土是油基钻井液中必不可少的亲油胶体，在油基钻井液中既可提高钻井液的黏度和切力，又能降低油基钻井液的滤失量［2］，通常来说全油基钻井液对有机土的性能要求高于油包水乳化钻井液。相对于柴油以白油或气制油作为基础油配制全油基钻井液，由于其芳香烃含量低、生物毒性小而有利于保护环境，愈来愈受到重视。但是芳香烃含量低的白油或气制油，其极性也小，而常规有机土是针对柴油基液开发的，用于白油或气制油这样的基液中配制全油基钻井液，由于其成胶性能差导致钻井液黏度和切力低，不能满足全油基钻井液性能要求。为此，笔者开展了能够在白油或气制油中具有高效成胶性能的有机土研究，对于发展环保型全油基钻井液具有重要的现实意义。

1 现有有机土在不同基液中的成胶性能

有机土的成胶性能通常用胶体率来衡量，其测定程序为：称取3．00g有机土，倒入装有100ml具塞量筒中，上下摇动5min，使有机土充分分散，静置90min后，读取量筒上部析出的游离油体积（V），计算出胶体率（η），即：η＝ ［（100－V）／100］×100%。

首先对现有商品有机土在不同基液中的胶体率进行了评价，结果见表1。由表1可以看出，现有有机土在柴油中成胶性能非常好，胶体率可达90%以上，而在5＃白油和气制油中成胶性能则差，胶体率在10%以下。这是由于柴油中芳香烃质量分数高 （约为10%～40%），极性强；而5＃白油和气制油主要为饱和烷烃，芳香烃质量分数低 （≤0．1%），极性弱，有机土在柴油中比在白油和气制油中易分散、成胶。因此，将现有商品有机土直接用于白油、气制油等这类极性弱的基液中配制全油基钻井液，不能有效提高钻井液黏度和切力。

表1 现有有机土在不同基液中的成胶性能

2 白油基有机土HMC的制备及性能

2．1 有机土制备方法

目前，有机土的制备有湿法、预凝胶法、干法和微波法4种［3］。其中最主要、最传统的方法是湿法生产有机土，即将蒙脱土分散、提纯、改性，用长碳链有机阳离子取代蒙脱土层间的金属离子，形成疏水有机膨润土；再经脱水、干燥、研磨成粉状产品。该研究有机土HMC的制备，改变传统的生产工艺，采用干法的方式，其过程为：将含一定水量精选出的钠基膨润土与有机覆盖剂直接混合，用专门的加热混合器混合均匀，再加以挤压，制成含有一定水分的有机膨润土，然后真空干燥，并用粉碎机粉碎至通过100目筛。通过改变膨润土与有机覆盖剂原料种类以及改性工艺条件，制得9个有机土样品。

2．2 有机土的成胶性能

按上述方法评价9个有机土样品在白油中的成胶性能，结果见表2。由表2可以看出，9个有机土样品中HMC－1、HMC－2、HMC－4在5＃白油中成胶性能好，胶体率大于60%，其中HMC－4胶体率可高达72%。

表2 有机土HMC在5＃白油中的成胶性能

2．3 有机土的增黏提切性能

有机土的增黏提切性能测定程序为：量取300ml 5＃白油，加入12．00g有机土，在10000r／min条件下高速搅拌20min，测流变性，然后在120℃条件下热滚16h，冷却至室温，在10000r／min条件下高速搅拌10min，测流变性，结果见表3。由表3可以看出，常规有机土TJ在白油中不能有效提高钻井液黏度和切力，而有机土HMC－1、HMC－2、HMC－4在白油中能有效提高钻井液黏度和切力。结合表2的成胶性能评价结果，以白油为基础油配制全油基钻井液，选择有机土HMC－4比较合适。

表3 有机土在5＃白油中的流变性

2．4 有机土HMC－4质量浓度对其性能的影响

试验评价了不同质量浓度有机土HMC－4在5＃白油中的胶体率，结果见图1。同时评价了不同质量浓度有机土HMC－4在5＃白油中的增黏提切效果，结果见图2。由图1可以看出，随着HMC－4质量浓度的增大，其胶体率随着增大，但当质量浓度大于0．03g／ml后，胶体率增大缓慢。同样由图2可以看出，随着HMC－4质量浓度的增大，120℃滚后表观黏度 （μa）以及动切力 （τd）也随着增大。

图1 胶体率与HMC－4质量浓度的关系

图2 表观黏度、动切力与HMC－4质量浓度的关系

3 有机土HMC－4配制的全油基钻井液性能

以5＃白油为基础油，加入高成胶率有机土HMC－4及其他配套处理剂，配制出密度为1．5g／cm3的全油基钻井液，其基本性能见表4。由表4可以看出，有机土HMC－4配制的全油基钻井液具有较高的切力，一方面可以保持体系稳定性，热滚后不会发生重晶石沉降现象，另一方面可以提高钻井液的携岩能力；另外，配制的全油基钻井液具有较低的滤失量，其API滤失量小于5ml。

钻井液配方：5＃白油＋0．03g／ml有机土 HMC－4＋0．02g／ml增黏剂AOVIS－7＋0．02g／ml降滤失剂AOFLB＋0．02g／ml降滤失剂 AOFLC＋0．01g／ml润湿剂 AOWET＋0．03g／ml稳定剂 AOEST ＋0．005g／ml CaO＋重晶石。

表4 全油基钻井液基本性能

4 结论与认识

1）现有商品有机土在芳香烃含量高的柴油中成胶性能非常好，胶体率可达90%以上，而在芳香烃含量低的5＃白油或气制油中成胶性能则差，胶体率在10%以下。

2）采用干法工艺制备的有机土HMC－4在5＃白油中具有好的成胶性能，胶体率可达72%。

3）以5＃白油为基础油，由有机土HMC－4配制的全油基钻井液具有较高的切力和较低的滤失量，使钻井液有好的稳定性和携岩性，可满足钻井工程要求。

［1］鄢捷年 ．钻井液工艺学 ［M］．东营：中国石油大学出版社，2006．

［2］李春霞，黄进军，高海洋，等 ．一种新型抗高温有机土的研制及性能评价 ［J］．西南石油学院学报，2001，23（4）：54～56．

［3］曹杰，邱正松，徐加放，等 ．有机土研究进展 ［J］．钻井液与完井液，2012，29（3）：81～84．